水利工程泵站结构设计及流道优化设计研究

刘琳

长江勘测规划设计研究有限责任公司 广东广州 510000

在现在这个时代进行泵站设计与施工是城市工程建设的一个重要环节。随着城市人口的增多以及人们生活质量的提升还有工业生产的需求增多等因素，生活生产用水需求越来越多。此篇文章是以泵站结构设计为基础，并结合泵站结构设计的实际情况，以及拥有以往的经验通过科学的角度对泵站设计中模型和荷载计算做出了分析。做出了泵站结构设计的基本准则。希望能为泵站设计的不断完善提供一些借鉴。

1 泵站设计的主要内容

1.1 通过模型对泵站结构进行计算

为泵站结构建立起设计与运算的数字模型，需要在泵站结构设计中依据泵站的结构特点与功能化成便于计算的部分。泵站地下部分以钢筋混凝土为建模标准，垂直壁板的计算过程中要注意长宽比，低于0．5的地下部分以单向板结构计算，大于0．5的地下部分以双向板计算；泵站地上部分以框架结构为建模标准，要注意模型构建的合理性和结构的完整性。

1.2 关于泵转荷载的数据计算

在进行荷载计算的时候，要根据泵站设计的基本准测以及施工的实际操作和工程的实际要求，对泵站结构进行平面计算，最重要的是做好泵站自重、土压、活荷载、静水压力、工作荷载等与泵站结构和强度相关的计算，以便确保设计出来的泵站结构符合施工的实际情况和使用的基本要求，从负荷上确保泵站的稳定。

1.3 泵站结构设计的基本原则

泵站结构设计要坚持适当原则，第一点，泵站结构设计首先要符合当下的施工实际需求以及当前的施工技术，从而保证泵站结构设计的能够被运用和实施出来，还要尽量保证泵站设计的合理性，以及保证泵站受力方向的明确性，从而保证在施工与运用时确保其安全性，间接的保证了泵站的经济目标。第二点，泵站结构设计要在以安全为最根本准则下进行设计，在泵站设计中要根据建设地址的土壤松软度，以及地质情况进行设计，因为泵站结构施工中需要进行挖掘和填埋，所以还要在设计中充分利用地形，以避免出现大量的挖掘和填埋，更高效的做到泵站结构的安全。第三点，泵站结构设计要根据实际施工情况和建设需求进行选型，以此来进行泵站结构设计工作从而保证整个泵站的结构尺寸是最优，减少泵站结构出现过多的裂缝影响结构功能，同时提高泵站结构对震动、温差、负荷的抵抗能力，确保泵站结构的强度。第四点，泵站结构设计要考虑经济成本问题，在设计泵站结构过程中应该结合施工地点的情况，利用当地的特点采取合适的措施，从而控制泵站结构建设的成本。例如：在泵站结构设计中要考虑材料的选择，最好选择当地就有的材料来建造以控制泵站结构的造价，从成本上进行合理的设计。

2 泵站结构设计中需重要注意的方向

2.1 如何增强混凝土的防腐能力

设计工作中应根据泵站混凝土结构的特点做好各方面的处理和强化，做到对腐蚀作用的有效防治。一方面要做好泵站混凝土结构溶解性腐蚀的防治设计，要在设计中控制混凝土pH值，避免在pH值超标而出现腐蚀性离子的溶解，预防泵站混凝土结构外部的“泛硷”，控制腐蚀性离子对钢筋、混凝土结构的腐蚀，确保泵站混凝土结构的强度与耐久性。另一方面要做好泵站混凝土结构周围土壤腐蚀的防治设计，在设计中根据土壤中存在的硫酸根、碳酸根、氯酸根离子的特点，采用化学防护和物理保护相结合的措施，确保混凝土结构的性能，控制钢筋腐蚀的速度，做到从设计的角度实现泵站混凝土结构的高抗腐蚀性能。此外，在设计中可以应用防腐涂料来对抗混凝土腐蚀问题，例如：可以在设计中增加喷涂防腐涂料——环氧粉末，以此来达到提高泵站混凝土结构的抗渗性和防腐性，使泵站混凝土结构对盐碱、水分、二氧化碳等腐蚀性物质的抵御能力大幅度提升，做到对混凝土结构的保证，进而从设计的角度提高了泵站结构抗腐蚀性能。最后，在设计中还可以通过规范施工技术来做到对防腐蚀性能的提升，例如规范施工环境，加强混凝土表面等方式都可以实现对腐蚀的有效防治。

2.2 强化泵站结构设计应与施工方密切联系

泵站设计牵涉的专业较多，工艺较复杂，各专业之间的配合就显得尤为重要。工艺及通风、配电等各专业应与土建专业多沟通，例如：池壁与池壁之间、壁板与底板之间的构造加腋（八字角）要求；如水工艺不允许加腋，应向土建设计人员讲明。对于各专业设备需要在板上或池壁上开洞的位置，应提前与土建设计人员沟通，避免与结构发生冲突。另外，土建设计人员应尽量满足水工艺要求，以设计规范为依据，专业之间互相配合，对一些构造措施应区分情况，灵活掌握。设计与施工紧密相连，设计应切合施工、方便施工。例如：水池施工为便于支模及浇筑混凝土，一般在离池底及加腋以上300-500mm处留置施工缝，设计人员应考虑施工要求，在此范围内避免设计有预留洞、预埋管、悬挑梁板等。设计应多了解新的施工工艺、新材料、新技术、新方法。

3 对泵站流水道的优化

针对流道的优化可以借助网格计算，这是建立有限元模型的重要基础。在具体优化中要全面结合泵站的能力，有限元分析中划分的网格会对计算精度产生影响。针对数值优化，要结合进水流道与出水流道的流动数值。借助软件完成三维形体造体后，对于不同区域可以采用相应的网格类型，还要考虑到网格尺寸结合了进水流道流场。计算区域网格剖分可以借助非结构网格剖分，针对进水流道发生衔接的前池可以借助混合网格剖分，前池的优化采用结构化网格剖分，出水直管的计算可以采用混合网格剖分。网格的划分会对数值计算的收敛精度产生影响，所以，在优化中要多次反复比较，以获得最有效的网格。

4 结语

在泵站设计工作中要重点强化结构设计，并以科学、合理的结构来确保泵站的整体稳定与安全运行，设计时应当把城市未来建设的方向和施工地点的实际情况以及泵站在这一地点所处的功能结合在一起，再从方案，施工地址特点，材料选取，建设方式自己建设能力等方面对泵站以最合理的价格来达到合理的强化，以此来实现泵站实用和价值上的平等，从而对城市工程建设科学化，合理化做以有效支撑。